二极管的温度特性

二极管的温度特性例题温度升高时二极管的正向导通压降是 ©A. 变大B. 不变C. 变小正确答案C二极管的正向导通压降 (V D V_DVD​)概念当二极管正向偏置P极接高电位N极接低电位时为了克服PN结内部的内建电场势垒需要施加一定的电压。当外加电压达到一定程度二极管开始大量导电这个电压就是正向导通压降。常温下的典型值在室温约 25°C 或 300K下硅Si二极管的正向导通压降一般在 0.6V ~ 0.7V 之间锗Ge二极管在 0.2V ~ 0.3V 之间。二极管的负温度系数特性温度系数二极管的正向压降具有负温度系数NTC, Negative Temperature Coefficient。这意味着温度越高所需的导通电压越低。经验数值在保持正向电流恒定的情况下温度每升高 1°C硅二极管的正向导通压降大约会下降 2 mV 到 2.5 mV。表示为Δ V D Δ T ≈ − 2 to − 2.5 mV/ ∘ C \frac{\Delta V_D}{\Delta T} \approx -2 \text{ to } -2.5 \text{ mV/}^\circ\text{C}ΔTΔVD​​≈−2to−2.5mV/∘C肖克利二极管方程Shockley diode equationI D I S ( e q V D k T − 1 ) I_D I_S (e^{\frac{qV_D}{kT}} - 1)ID​IS​(ekTqVD​​−1)I D I_DID​: 二极管的正向电流I S I_SIS​: 反向饱和电流这是受温度影响最剧烈的参数q qq: 电子电量V D V_DVD​: 正向导通压降k kk: 玻尔兹曼常数T TT: 绝对温度载流子激增当温度T TT升高时半导体内部的热激发加剧本征载流子浓度呈指数级增加。I S I_SIS​剧增载流子的增加导致反向饱和电流I S I_SIS​急剧增大经验法则温度每升高 10°CI S I_SIS​大约增加一倍。压降变小如果我们要维持二极管的工作电流I D I_DID​不变根据公式由于公式前面的I S I_SIS​显著增大指数项中的电压V D V_DVD​就必须减小才能保持等式平衡。温度升高 → 载流子增加反向特性反向饱和电流变大正如上面提到的温度升高会使少数载流子增多导致反向漏电流反向饱和电流显著变大。反向击穿电压变化雪崩击穿电压较高时发生温度升高晶格振动加剧电子不易积累动能击穿电压变大正温度系数。齐纳击穿电压较低时发生温度升高共价键更容易断裂击穿电压变小负温度系数。在高温环境下反向电流的增大可能导致二极管过早地进入击穿状态甚至造成电路损坏。雪崩击穿和齐纳击穿是PN结反向击穿的两种机制:雪崩击穿高电压、轻掺杂、载流子连锁碰撞齐纳击穿低电压、重掺杂、电场拉断键雪崩击穿Avalanche Breakdown发生在高反向电压(通常6V), 掺杂较轻 → 结区较宽 → 电场没那么强特点总结电压高连锁碰撞电流突然暴增温度升高 → 击穿电压上升正温度系数齐纳击穿Zener Breakdown发生在低反向电压的时候(通常5V), PN结掺杂很重 → 结区很薄 → 电场极强, 强电场直接把电子“拉出来”隧穿效应特点总结电压低电场强无需碰撞温度升高 → 击穿电压下降负温度系数工程应用齐纳击穿 用在稳压二极管Zener diode电压基准 雪崩击穿 用在TVS二极管防浪涌防雷保护实际工程应用与影响温度传感器利用二极管正向压降随温度线性下降− 2 mV / ∘ C -2\text{mV}/^\circ\text{C}−2mV/∘C的特性二极管常被直接用作廉价且精度尚可的温度传感器。热失控风险在电路设计中如果多个二极管或三极管并联使用温度稍高的那个器件压降变小会抢走更多的电流导致它进一步发热最终可能烧毁。因此半导体电路通常需要进行温度补偿设计。参考链接二极管温度特性解析温度变化对二极管性能的影响与应对策略图文并茂, 写的非常好常见二极管特性及其典型应用场合梳理_二极管ut温度-CSDN博客你了解雪崩击穿效应吗_哔哩哔哩_bilibili